1、12地表巖石破壞搬運沉積土的形成土的形成3 地球到現在已有60億年的歷史 絕對地質年代和相對地質年代 一般采用相對地質年代主要依據：地殼運動和生物演變主要依據：地殼運動和生物演變 相對地質年代單位 代、紀、世、期、時代、紀、世、期、時 與相對地質年代單位相對應的地層單位 界、系、統、階、帶界、系、統、階、帶4新生代新生代中生代中生代古生代古生代元古代元古代太古代太古代第四紀第四紀Q全新世全新世Q45第四紀是新生代最晚的一個紀第四紀是新生代最晚的一個紀,時間下限為時間下限為200萬年萬年.開展對第四紀地質的研究開展對第四紀地質的研究,對人類的工程活動具有重對人類的工程活動具有重要意義。要意義。地

2、質年代絕對年齡（萬年）紀世第四紀Q全新世Q41更新世晚更新世Q310中更新世Q273早更新世Q12006第四紀氣候冷暖變化頻繁，冰川作用強烈。中國大第四紀氣候冷暖變化頻繁，冰川作用強烈。中國大陸在冰川期間，海平面下降，渤海、東海、黃海均陸在冰川期間，海平面下降，渤海、東海、黃海均為陸地，臺灣與大陸相連，氣候干燥、風沙盛行、為陸地，臺灣與大陸相連，氣候干燥、風沙盛行、黃土堆積作用強烈。黃土堆積作用強烈。第四紀沉積物第四紀沉積物由于新構造運動強烈，海平面和氣候變化頻繁，使由于新構造運動強烈，海平面和氣候變化頻繁，使得第四紀沉積環境極為復雜。第四紀沉積物形成時得第四紀沉積環境極為復雜。第四紀沉積物形

3、成時間短，成巖作用不充分，常呈松散、多孔、軟弱狀間短，成巖作用不充分，常呈松散、多孔、軟弱狀態覆蓋于地表。按其成因可分為：態覆蓋于地表。按其成因可分為：殘積物、坡積物、殘積物、坡積物、洪積物、沖積物、湖泊沉積物、海洋沉積物、冰磧洪積物、沖積物、湖泊沉積物、海洋沉積物、冰磧與冰水沉積物、風積物。與冰水沉積物、風積物。7殘積物殘積物巖石經物理風化和化學風化作用后殘留巖石經物理風化和化學風化作用后殘留在原地的碎屑物稱殘積物、殘積土或殘在原地的碎屑物稱殘積物、殘積土或殘積層。土壤層、殘積層、風化巖層構成積層。土壤層、殘積層、風化巖層構成完整的地表風化殼。完整的地表風化殼。殘積物不具有層理，其表部土壤層

4、孔隙殘積物不具有層理，其表部土壤層孔隙率大、壓縮性高、強度低；殘積層通常率大、壓縮性高、強度低；殘積層通常為含碎石或砂粒的粘性土或碎石土、砂為含碎石或砂粒的粘性土或碎石土、砂礫土組成，其強度較高。礫土組成，其強度較高。坡積物坡積物雨水或雪水將高處的風化碎屑物質洗刷而向下搬運，雨水或雪水將高處的風化碎屑物質洗刷而向下搬運，或由于本身的重力作用，堆積在平緩的斜坡或坡腳或由于本身的重力作用，堆積在平緩的斜坡或坡腳處，成為坡積物。處，成為坡積物。8殘積土殘積土坡積土坡積土9洪積物洪積物 大雨或融雪水將山區或高地的大量碎屑物沿沖溝搬運到山大雨或融雪水將山區或高地的大量碎屑物沿沖溝搬運到山前或山坡的低平地

5、帶堆積而成。洪積物在溝口往往呈扇狀分布，前或山坡的低平地帶堆積而成。洪積物在溝口往往呈扇狀分布，稱為洪積扇。分選程度較好、具層理、含夾層及透鏡體。稱為洪積扇。分選程度較好、具層理、含夾層及透鏡體。 一般可將洪積扇分為上、中、下三部分。上部主要由礫石、一般可將洪積扇分為上、中、下三部分。上部主要由礫石、卵石組成，強度高、壓縮性小，是工業與民用建筑的良好地基。卵石組成，強度高、壓縮性小，是工業與民用建筑的良好地基。孔隙大，透水性強，不宜建壩。中部以砂土為主，下部以粘土孔隙大，透水性強，不宜建壩。中部以砂土為主，下部以粘土為主，可作為工業與民用建筑的地基。為主，可作為工業與民用建筑的地基。洪積土洪積

6、土10沖積物沖積物將河流沉積物稱為沖積物，磨圓度、分選性好，具將河流沉積物稱為沖積物，磨圓度、分選性好，具層理構造。古河床沖積物的壓縮性低、強度較高，層理構造。古河床沖積物的壓縮性低、強度較高，是良好的建筑地基；現代河床沖積物密實度較差、是良好的建筑地基；現代河床沖積物密實度較差、透水性強，尤其不利于作為水工建筑物地基。透水性強，尤其不利于作為水工建筑物地基。 沖積土沖積土11由湖浪侵蝕的碎屑物及入湖河流等搬運的碎屑物由湖浪侵蝕的碎屑物及入湖河流等搬運的碎屑物經湖流和湖浪的搬運后沉積下來的物質稱湖泊沉經湖流和湖浪的搬運后沉積下來的物質稱湖泊沉積物。近岸帶沉積物承載力高，遠岸帶較差。積物。近岸帶

7、沉積物承載力高，遠岸帶較差。海洋沉積物海洋沉積物 風積物風積物 冰磧與冰水沉積物冰磧與冰水沉積物湖泊沉積物湖泊沉積物風積土風積土冰積土冰積土淤積土淤積土12土土( (soil) )是覆蓋在地表的沒有膠結或弱膠結的顆粒堆是覆蓋在地表的沒有膠結或弱膠結的顆粒堆積物積物。是巖石在風化作用后經搬運作用或在原地是巖石在風化作用后經搬運作用或在原地或在異地各種環境下形成的。或在異地各種環境下形成的。 巖石風化分為巖石風化分為物理風化、化學風化物理風化、化學風化和和生物風化生物風化。物理風化物理風化：巖石經受風、霜、雨、雪的侵蝕，或受波巖石經受風、霜、雨、雪的侵蝕，或受波浪的沖擊、地震等引起各種力的作用，溫

8、度的變化、浪的沖擊、地震等引起各種力的作用，溫度的變化、凍脹等因素使整體巖石產生裂隙、崩解碎裂成巖塊、凍脹等因素使整體巖石產生裂隙、崩解碎裂成巖塊、巖屑的過程。巖屑的過程。13化學風化化學風化：巖體（或巖塊、巖屑）與氧氣、二氧化碳等：巖體（或巖塊、巖屑）與氧氣、二氧化碳等各種氣體、水和各種水溶液等物質相接觸，經氧化、碳各種氣體、水和各種水溶液等物質相接觸，經氧化、碳化和水化作用，使這些巖石或巖屑逐漸產生化學變化，化和水化作用，使這些巖石或巖屑逐漸產生化學變化，分解為極細顆粒的過程。分解為極細顆粒的過程。特征：特征：物理風化物理風化：量變過程，形成的土顆粒較粗；：量變過程，形成的土顆粒較粗；化學

9、風化化學風化：質變過程，形成的土顆粒很細。：質變過程，形成的土顆粒很細。對一般的土而言，通常既經歷過物理風化，又有化對一般的土而言，通常既經歷過物理風化，又有化學風化，只不過哪種占優而已學風化，只不過哪種占優而已。14土從其堆積或沉積的條件來看可分為：土從其堆積或沉積的條件來看可分為：沼澤土冰磧土風積土河流沖積土運積土殘積土土殘積土殘積土：巖石風化后仍留在原地的堆積物。：巖石風化后仍留在原地的堆積物。特點：濕熱地帶，粘土，深厚，松軟，易變；特點：濕熱地帶，粘土，深厚，松軟，易變； 寒冷地帶，巖塊或砂，物理風化，穩定。寒冷地帶，巖塊或砂，物理風化，穩定。)(沼澤土有機土冰磧土風積土沖積土運積土殘

10、積土無機土土15運積土運積土：巖石風化后經流水、風和冰川以及人類活動等搬運：巖石風化后經流水、風和冰川以及人類活動等搬運離開生成地點后再沉積下來的堆積物。又分為沖積土、風積離開生成地點后再沉積下來的堆積物。又分為沖積土、風積土、冰磧土和沼澤土等。土、冰磧土和沼澤土等。 沖積土沖積土：由水流沖積而成；顆粒分選、渾圓光滑：由水流沖積而成；顆粒分選、渾圓光滑風積土風積土：由風力帶動土粒經過一段搬運距離后沉積下來的堆：由風力帶動土粒經過一段搬運距離后沉積下來的堆積物；沒有層理、細砂或粉粒；黃土積物；沒有層理、細砂或粉粒；黃土冰磧土冰磧土：由冰川剝落、搬運形成的堆積物；不成層、從漂石：由冰川剝落、搬運形

11、成的堆積物；不成層、從漂石到粘粒到粘粒沼澤土沼澤土：在沼澤地的沉積物；含有機質、壓縮性高、強度低：在沼澤地的沉積物；含有機質、壓縮性高、強度低16土是固體顆粒、水和空氣的混合物，常稱土為土是固體顆粒、水和空氣的混合物，常稱土為三相系三相系。 固相固相：土的顆粒、粒間膠結物；：土的顆粒、粒間膠結物； 液相液相：土體孔隙中的水；：土體孔隙中的水； 氣相氣相：孔隙中的空氣。：孔隙中的空氣。17當土骨架的孔隙全部被水占滿時，這種土稱為當土骨架的孔隙全部被水占滿時，這種土稱為飽和飽和土土；當土骨架的孔隙僅含空氣時，就成為當土骨架的孔隙僅含空氣時，就成為干土干土；一般在地下水位以上地面以下一定深度內的土的

12、孔一般在地下水位以上地面以下一定深度內的土的孔隙中兼含空氣和水，此時的土體屬三相系，稱為隙中兼含空氣和水，此時的土體屬三相系，稱為濕濕土土。根據土的粘性分：根據土的粘性分：粘性土粘性土：顆粒很細；：顆粒很細；無粘性土無粘性土：顆粒較粗，甚至很大。砂、碎石、甚：顆粒較粗，甚至很大。砂、碎石、甚 至堆石（直徑幾十厘米甚至至堆石（直徑幾十厘米甚至1米）米）18一、土的固相一、土的固相 土的固相物質包括無機礦物顆粒和有機質，是構成土的土的固相物質包括無機礦物顆粒和有機質，是構成土的骨架最基本的物質，稱為土粒。對土粒應從其礦物成分、顆骨架最基本的物質，稱為土粒。對土粒應從其礦物成分、顆粒的大小和形狀來描

13、述。粒的大小和形狀來描述。（一）成土礦物：（一）成土礦物：原生礦物，次生礦物原生礦物，次生礦物 1.1.原生礦物原生礦物 原生礦物是巖石經物理風化破碎但成分沒有發生變化原生礦物是巖石經物理風化破碎但成分沒有發生變化的礦物碎屑。常見的原生礦物有石英、長石、云母、角閃的礦物碎屑。常見的原生礦物有石英、長石、云母、角閃石、輝石、橄欖石、石榴石等。石、輝石、橄欖石、石榴石等。2.2.不溶于水的次生礦物不溶于水的次生礦物 組成土的這類礦物主要有：黏土礦物組成土的這類礦物主要有：黏土礦物 、次生、次生SiO2 SiO2 、倍半氧化物。倍半氧化物。3.3.可溶性次生礦物可溶性次生礦物4.4.有機質有機質19

14、20蒙 脫 石21（二）土粒的大小和土的級配（二）土粒的大小和土的級配粒組粒組：把工程性質相近的土粒合并為一組；某粒組的土粒含：把工程性質相近的土粒合并為一組；某粒組的土粒含量定義為該粒組的土粒質量與干土總質量之比量定義為該粒組的土粒質量與干土總質量之比土的級配土的級配：土中各種大小的粒組中土粒的相對含量。土中各種大小的粒組中土粒的相對含量。我國我國GB50021-2001 巖土工程勘察規范巖土工程勘察規范的粒組劃分標準：的粒組劃分標準：粒組名稱粒組范圍/mm粒組名稱粒組范圍/mm漂石(塊石)粒組200 砂粒粒組0.0752卵石(碎石)粒組20200粉粒粒組0.0050.075礫石粒組 220

15、粘粒粒組0.075mm 水分法水分法：粒徑：粒徑0.075mm 231.篩分法篩分法利用一套孔徑由大到小的篩子，將按規定方利用一套孔徑由大到小的篩子，將按規定方法取得的一定質量的干試樣放入一次疊好的法取得的一定質量的干試樣放入一次疊好的篩中，置振篩機上充分振搖后，稱出留在各篩中，置振篩機上充分振搖后，稱出留在各級篩上的土粒的質量，按下式計算出小于某級篩上的土粒的質量，按下式計算出小于某土粒粒徑的土粒含量百分數土粒粒徑的土粒含量百分數X（）（）式中：式中：mi，m分別為小于某粒徑的土粒質分別為小于某粒徑的土粒質量及試樣總質量量及試樣總質量100mmXi24土樣篩252.水分法水分法密度計法密度計

16、法利用不同大小的土粒在水利用不同大小的土粒在水中的沉降速度不同來確定中的沉降速度不同來確定小于某粒徑的土粒含量的小于某粒徑的土粒含量的方法。方法。通過密度計測定土水懸濁通過密度計測定土水懸濁液的密度來確定。液的密度來確定。(密度計法、移液管法密度計法、移液管法)26 由級配曲線可以直觀地判斷土中各粒組的含量情況，如果曲線陡峻(曲線C)，表示土粒大小均勻，級配不好；反之，曲線平緩（曲線B），則表示土粒大小不均勻，但級配良好。 27(四四)顆粒分析試驗曲線的顆粒分析試驗曲線的主要用途主要用途按粒徑分布曲線可求得：按粒徑分布曲線可求得：（1）土中各粒組的土粒含量，用于）土中各粒組的土粒含量，用于粗粒

17、土的分類和大致評粗粒土的分類和大致評估土的工程性質估土的工程性質；（2）某些特性粒徑，用于）某些特性粒徑，用于建筑材料的選擇和評價土級配的建筑材料的選擇和評價土級配的好壞好壞。根據某些特征粒徑，可得到兩個有用的指標，即根據某些特征粒徑，可得到兩個有用的指標，即不均勻系數不均勻系數CuCu和和曲率系數曲率系數CcCc，它們的定義為：，它們的定義為： 1060ddCu6010230dddCc28式中：式中：d10，d30和和d60為粒徑分布曲線上小于某粒徑的土為粒徑分布曲線上小于某粒徑的土粒含量分別為粒含量分別為10，30和和60時所對應的粒徑。時所對應的粒徑。d10稱稱為為有效粒徑有效粒徑；d6

18、0稱為稱為限制粒徑限制粒徑。29 土的級配的好壞可由土中的土的級配的好壞可由土中的土粒均勻程度土粒均勻程度和和粒徑分布曲線粒徑分布曲線的形狀的形狀來決定，而土粒的均勻程度和曲線的形狀又可用來決定，而土粒的均勻程度和曲線的形狀又可用不均勻不均勻系數系數Cu和和曲率系數曲率系數Cc來衡量。來衡量。 Cu10，曲線平緩，級配好，曲線平緩，級配好; Cc過小過小3，說明中間粒度成分不連續，缺少中，說明中間粒度成分不連續，缺少中間顆粒，土體級配不好。間顆粒，土體級配不好。Cc在在13之間說明級配好。之間說明級配好。30結合水厚度結合水厚度影響因素影響因素：成土礦物；陽離子濃度及化學性質：成土礦物；陽離子

19、濃度及化學性質(陽陽離子價低離子價低,厚厚; 陽離子濃度高陽離子濃度高,薄薄)。（一）結合水（一）結合水 結合水是指受分子引力、靜電引力吸附于土粒表面的土中水。結合水是指受分子引力、靜電引力吸附于土粒表面的土中水。 1 1）強結合水）強結合水 土粒的靜電引力強度是隨離開土粒表面的距離增土粒的靜電引力強度是隨離開土粒表面的距離增大而減弱的，靠近土粒表面的水分子，受到土粒的強烈吸引大而減弱的，靠近土粒表面的水分子，受到土粒的強烈吸引( (可可達達100010002000MPa)2000MPa)，而失去自由活動能力，整齊地排列起來。，而失去自由活動能力，整齊地排列起來。這部分水稱為強結合水，又叫吸著

20、水。這部分水稱為強結合水，又叫吸著水。 2 2）弱結合水）弱結合水 距離土粒表面稍遠的水分子，受到土粒的吸引力距離土粒表面稍遠的水分子，受到土粒的吸引力減弱，有部分活動能力，排列疏松不整齊，這部分水叫弱結合減弱，有部分活動能力，排列疏松不整齊，這部分水叫弱結合水，又叫薄膜水。水，又叫薄膜水。 3132( (二）自由水二）自由水 離開土顆粒表面較遠，不受土顆粒電分子引力作用，離開土顆粒表面較遠，不受土顆粒電分子引力作用，且可自由移動的水稱為且可自由移動的水稱為自由水自由水。(分為毛細管水和重力水分為毛細管水和重力水)1.毛細水毛細水 受到水與空氣交界面處表受到水與空氣交界面處表面張力作用的自由水

21、。不僅受面張力作用的自由水。不僅受重力作用，而且還受到表面張重力作用，而且還受到表面張力的支配，能沿著土的細孔隙力的支配，能沿著土的細孔隙從潛水面上升到一定高度，毛從潛水面上升到一定高度，毛細水存在于潛水水位以上的透細水存在于潛水水位以上的透水土層中。水土層中。332.重力水重力水 在重力或水位差作用下能在土中流動的自由水稱在重力或水位差作用下能在土中流動的自由水稱重重力水。力水。 具有溶解能力，能傳遞靜水和動水壓力，對土顆粒有具有溶解能力，能傳遞靜水和動水壓力，對土顆粒有浮力作用。浮力作用。 當它在土孔隙中流動時，對所流經的土體施加滲流力當它在土孔隙中流動時，對所流經的土體施加滲流力(亦稱動

22、水壓力、滲透力亦稱動水壓力、滲透力)，計算中應考慮其影響。，計算中應考慮其影響。34存在土中的氣體分為兩種基本類型：一種是存在土中的氣體分為兩種基本類型：一種是與大氣連通的氣與大氣連通的氣體體；另一種是；另一種是與大氣不連通的以氣泡形式存在的封閉氣體與大氣不連通的以氣泡形式存在的封閉氣體。但土中各種氣體的相對含量與大氣有很大差別，土粒對氣體的但土中各種氣體的相對含量與大氣有很大差別，土粒對氣體的吸附強度依次為：吸附強度依次為：CO2N2O2H2，因而導致，因而導致CO2在土中相在土中相對含量可高達對含量可高達10，而，而CO2在大氣中僅占在大氣中僅占0.03。35（一）單粒結構（一）單粒結構土

23、的結構、構造是其物質成分的連結特點、空間分布和變化形土的結構、構造是其物質成分的連結特點、空間分布和變化形式。式。單粒結構單粒結構(single grained structure)(single grained structure)，也稱散粒結構，是碎，也稱散粒結構，是碎石石( (卵石卵石) )、礫石類土和砂土等無黏性土的基本結構形式。、礫石類土和砂土等無黏性土的基本結構形式。土的固體顆粒電鏡資料土的固體顆粒電鏡資料36（二）蜂窩狀結構（二）蜂窩狀結構37（三）絮狀結構（三）絮狀結構 角、邊與面接觸時凈引力最大，因此絮狀結構的特角、邊與面接觸時凈引力最大，因此絮狀結構的特征是土粒之間以角、邊

24、與面的接觸或邊與邊的搭接形式征是土粒之間以角、邊與面的接觸或邊與邊的搭接形式為主。這種結構的土粒呈任意排列，具有較大的孔隙，為主。這種結構的土粒呈任意排列，具有較大的孔隙，其強度低，壓縮性高，對擾動比較敏感。其強度低，壓縮性高，對擾動比較敏感。土的絮狀結構土的絮狀結構 38在一定土體中，結構相對均一的土層單元體的形態和組合特征在一定土體中，結構相對均一的土層單元體的形態和組合特征，稱為土的構造。，稱為土的構造。1 1）對于碎石土、粗石狀構造和）對于碎石土、粗石狀構造和 假斑狀構造是最普遍的。假斑狀構造是最普遍的。 2) 2) 對于砂土和砂質粉土，各種不對于砂土和砂質粉土，各種不同形式的夾層、透

25、鏡體或交錯同形式的夾層、透鏡體或交錯層構造，較為普遍。層構造，較為普遍。 39可分為兩類：可分為兩類： 一類是必須一類是必須通過試驗測定通過試驗測定的的,如含水率、重度和土粒比如含水率、重度和土粒比重重,稱為直接指標；稱為直接指標； 另一類是另一類是根據直接指標換算根據直接指標換算的，如孔隙比、孔隙率、的，如孔隙比、孔隙率、飽和度等，稱為間接指標。飽和度等，稱為間接指標。土的基本物理性質指標，亦即土的基本物理性質指標，亦即土的三相比例指標土的三相比例指標, ,是表示土的三是表示土的三相比例關系的指標相比例關系的指標. .40一、試驗直接測定的物理性質指標一、試驗直接測定的物理性質指標（一）土的

26、密度（一）土的密度與重度與重度 土的密度定義為土的密度定義為單位體積土的質量單位體積土的質量，用，用表示，單位表示，單位為為kg/m3(或或g/cm3)。表達式如下：表達式如下： （3-4） 對于粘性土，土的密度常用對于粘性土，土的密度常用環刀法環刀法測定。測定。awsawsVVVmmmVm41 土的重度亦稱為容重，定義為土的重度亦稱為容重，定義為單位體積土的重量單位體積土的重量，用用表示，單位為表示，單位為kN/m3。表達式如下：。表達式如下： （3-5）式中：式中：W土的重量，單位為土的重量，單位為kN； g重力加速度。重力加速度。gVgmVW42（二）土粒比重（二）土粒比重Gs土粒比重定

27、義為土粒比重定義為土粒的質量（或重量）與同體積土粒的質量（或重量）與同體積4時純水的質量時純水的質量（或重量）之比（無因次），（或重量）之比（無因次），其表達式為：其表達式為： （3-6） 或或 （3-7）式中：式中：s土粒的密度，即土粒單位體積的質量；土粒的密度，即土粒單位體積的質量；（w）44時純水的密度，時純水的密度，1g/cm3（w）44時純水的重度。時純水的重度。4s4wwsssVmG4wsssVgmG43（三）土的含水率（三）土的含水率w 土的含水率，曾稱為含水量，定義為土的含水率，曾稱為含水量，定義為土中水的質量與土中水的質量與土粒的質量之比土粒的質量之比，以百分數表示，其表達式

28、為：，以百分數表示，其表達式為： （3-9）測定含水率常用的方法是測定含水率常用的方法是烘干法烘干法，先稱出天然土的質量，先稱出天然土的質量，然后放在烘箱中，在然后放在烘箱中，在100105常溫下烘干，稱得干常溫下烘干，稱得干土質量，按上式可算得。土質量，按上式可算得。%100swmm44二、間接換算得物理性質指標二、間接換算得物理性質指標（一）土的孔隙比（一）土的孔隙比e 定義：定義：土中孔隙的體積與土粒的體積之比土中孔隙的體積與土粒的體積之比，以小數，以小數表示，其表達式為：表示，其表達式為： （3-10）（二）土的孔隙率（二）土的孔隙率n 定義：定義：土中孔隙的體積與土的總體積之比土中孔

29、隙的體積與土的總體積之比，或單位，或單位體積內孔隙的體積，以百分數表示，其表達式為：體積內孔隙的體積，以百分數表示，其表達式為： （3-11） svVVe %100VVnv45（三）土的飽和度三）土的飽和度Sr 定義：定義：土中孔隙水的體積與孔隙體積之比土中孔隙水的體積與孔隙體積之比，以百分，以百分數表示，其表達式為：數表示，其表達式為： （3-12）%100vwrVVS46土的干重度：土的干重度：單位體積內土粒的重量單位體積內土粒的重量，表達式為：，表達式為： （3-14） 土烘干，體積要減小，因而，土的干密度不等于烘干土烘干，體積要減小，因而，土的干密度不等于烘干土的密度。土的干密度或干重

30、度也是評定土密實程度的指土的密度。土的干密度或干重度也是評定土密實程度的指標，干密度或干重度愈大表明土愈密實，反之愈疏松。標，干密度或干重度愈大表明土愈密實，反之愈疏松。gVgmVWdssd（四）干密度四）干密度d與干重度與干重度d土的干密度：土的干密度：單位體積內土粒的質量單位體積內土粒的質量，表達式：，表達式： （3-13）Vmsd47（五）飽和密度（五）飽和密度sat與飽和重度與飽和重度sat 飽和密度定義：飽和密度定義：土中孔隙完全被水充滿土處于飽和狀土中孔隙完全被水充滿土處于飽和狀態時單位體積土的質量態時單位體積土的質量。表達式為：。表達式為： （3-15）VVmwvssat 在飽和

31、狀態下，單位體積土的重量在飽和狀態下，單位體積土的重量稱為飽和重度，其稱為飽和重度，其表達式為：表達式為： （3-16）gVgVgmVVWsatwvswvssat48（六）浮密度六）浮密度與浮重度（有效重度）與浮重度（有效重度） 土在水下，受到水的浮力作用，其有效重量減小，因土在水下，受到水的浮力作用，其有效重量減小，因此提出了浮重度，即有效重度的概念，其表達式為：此提出了浮重度，即有效重度的概念，其表達式為： （3-17）gVgVgmVVWwsswss49與其相應，提出了浮密度的概念，土的浮密度是與其相應，提出了浮密度的概念，土的浮密度是單位體單位體積內的土粒質量與同體積水質量之差積內的土粒

32、質量與同體積水質量之差，其表達式為：，其表達式為： （3-18）或或 （3-19） 從上述四種土的密度或重度的定義可知，同一土樣從上述四種土的密度或重度的定義可知，同一土樣各種密度或重度在數值上有如下關系：各種密度或重度在數值上有如下關系：dsatdsatwsatVVmwss飽和密度飽和密度濕密度濕密度干密度干密度浮密度浮密度5051三、物理性質指標間的換算三、物理性質指標間的換算 常用的土的物理指標共有九個。已知其中任意三個，常用的土的物理指標共有九個。已知其中任意三個，通過換算可以求出其余的六個。通過換算可以求出其余的六個。（一）孔隙比與孔隙率的關系（一）孔隙比與孔隙率的關系設土體內土粒的

33、體積為設土體內土粒的體積為1，則，則e=Vv/V可知，孔隙的體積可知，孔隙的體積Vv為為e，土體的體積，土體的體積V為為(1e)，于是有：，于是有： （3-20） 或或 （3-21）eeVVnv1nne1 孔隙 e 1+e 土粒 1 三相示意圖（三相示意圖（a）52（二）干密度與濕密度和含水率的關系（二）干密度與濕密度和含水率的關系 設土體的體積設土體的體積V為為1，則，則d = ms /V，土體內土粒的質，土體內土粒的質量量ms為為d，由，由w= mw / ms水的質量水的質量mw為為wd.于是，按式（于是，按式（34）的定義可得：）的定義可得： 或或 （3-22）)1 (1wwVmdddw

34、d153（三）孔隙比與比重和干密度的關系（三）孔隙比與比重和干密度的關系設土體內土粒的體積為設土體內土粒的體積為1,則按則按e=Vv/V,孔隙的體積孔隙的體積Vv為為e；由由s ms / Vs得土粒的質量得土粒的質量ms為為s。于是。于是,按按d的定義可得的定義可得：應用式（應用式（36）整理得：）整理得： (3-23)eVmssd11dwsGe54（四）飽和度與含水率、比重和孔隙比得關系（四）飽和度與含水率、比重和孔隙比得關系 設土體內土粒的體積為設土體內土粒的體積為1，則按，則按e=Vv/V得體積得體積Vv=e；由；由s ms / Vs得土粒的質量得土粒的質量ms=s.按按w= mw /

35、ms,水得質量水得質量mw=ws,則水得體積則水得體積Vw= mw / w =ws/w.于是于是 （3-24）當土飽和時，即當土飽和時，即Sr為為100，則：，則： （3-25）式中：式中：wsat飽和含水率。飽和含水率。ewGewVVSswsvwrssatGwe 55（五）浮密度與比重和孔隙比得關系（五）浮密度與比重和孔隙比得關系 設土體內土粒體積為設土體內土粒體積為1,則按則按e=Vv/V ,孔隙的體積孔隙的體積Vv為為e;由由s ms / Vs得土粒的質量得土粒的質量ms為為s，于是，按式，于是，按式(318)可得可得 （3-26）eGeVVmwswswss1115657【例題例題31】

36、某一塊試樣在天然狀態下的體積為某一塊試樣在天然狀態下的體積為60cm3，稱得其質量為，稱得其質量為108g，將其烘干后稱得質量，將其烘干后稱得質量為為96.43g，根據試驗得到的土粒比重，根據試驗得到的土粒比重Gs為為2.7，試求，試求試樣的濕密度、干密度、飽和密度、含水率、孔隙試樣的濕密度、干密度、飽和密度、含水率、孔隙比、孔隙率和飽和度。比、孔隙率和飽和度。【解解】(1) 已知已知V60cm3，m=108g，則由式，則由式(3-4)得得 =m/v=108/60=1.8g/cm358（2）已知）已知ms=96.43g，則，則 mw=mms=10896.43=11.57g按式（按式（39），于

37、是），于是 w= mwms11.5796.43=12%（3）已知）已知Gs=2.7，則，則 Vs= mss=96.43 2.735.7cm3 Vv=VVs=6035.724.3cm3 按式（按式（310），于是），于是 e= Vv Vs24.3 35.7=0.68（4）按式（）按式（311） n= Vv V24.3 60=40.5（5）根據）根據w的定義的定義 Vw = mww=11.57111.57cm3 于是按式（于是按式（312） St= Vw Vv=11.57 24.34859【例題例題32】 某土樣在天然狀態下的孔隙比某土樣在天然狀態下的孔隙比 e=0.8，土粒比重，土粒比重 Gs=

38、2.68，含水量，含水量=24%，求：，求： (a) 天然狀態下的重度、干重度和飽和度；天然狀態下的重度、干重度和飽和度； (b)若該土樣加水后，達到飽和狀態，計算飽和若該土樣加水后，達到飽和狀態，計算飽和時的含水量時的含水量及飽和重度及飽和重度(假定土的孔隙比保持不假定土的孔隙比保持不變變)。60ewGws11解解:(a)311.188 . 0124. 0181. 968. 2mkN361.14%24111.181mkNd%4 .8080. 068. 224. 0ewGSsr%85.2968. 280. 0ssatGe3/97.1881. 98 . 018 . 068. 21mkNeeGws

39、sat(b)61 某飽和土樣重某飽和土樣重0.4N ，體積為，體積為21.5 cm3。放入烘。放入烘箱內烘一段時間后取出，稱得其重量為箱內烘一段時間后取出，稱得其重量為0.33N，體積減小至體積減小至15.7 cm3，飽和度為，飽和度為75% 。試求該土。試求該土樣烘烤前的含水量樣烘烤前的含水量 w、孔隙比、孔隙比 e 及干容重及干容重 d 。62解：設烘一段時間后，孔隙體積為解：設烘一段時間后，孔隙體積為Vv2，孔隙水所占體積為，孔隙水所占體積為Vw2，則：，則：在烘后狀態：在烘后狀態：在烘前狀態：在烘前狀態：聯立求解得：聯立求解得： Vv2=4.8cm3，Vw2 =3.6cm3%7522v

40、wrVVS%100)7 .155 .21(1010/10)33. 04 . 0(2632vwrVVS36313.6(0.40.33) 10/10 104.3cmwV314.8(21.5 15.7)10.6cmvV %3610106 .10104 . 010106 .10636972. 06 .105 .216 .10e36368.13%361)105 .21/(104 . 01mkNd63minmax0maxeeeeDr一、一、無粘性土無粘性土的相對密實度的相對密實度常用常用相對密實度相對密實度Dr來衡量無粘性土的松緊程度，其定義為來衡量無粘性土的松緊程度，其定義為 （3-27）式中：式中：D

41、r相對密實度；相對密實度； emax無粘性土處在最松狀態時的孔隙比；無粘性土處在最松狀態時的孔隙比； emin無粘性土處在最密狀態時的孔隙比；無粘性土處在最密狀態時的孔隙比； e0無粘性土的天然孔隙比或填筑孔隙比。無粘性土的天然孔隙比或填筑孔隙比。巖土工程勘察規范巖土工程勘察規范 GB50021-200164推導可得相對密實度使用表達式推導可得相對密實度使用表達式 （3-28）式中：式中：dmax無粘性土的最大干密度；無粘性土的最大干密度； dmin無粘性土的最小干密度；無粘性土的最小干密度； d無粘性土的天然干密度或填筑干密度無粘性土的天然干密度或填筑干密度將風干的無粘性土試樣用將風干的無粘

42、性土試樣用漏斗法漏斗法測定其最小干密度，測定其最小干密度，用用振擊法振擊法測定其最大干密度。測定其最大干密度。ddddddrDminmaxmaxmin65二、粘性土的稠度二、粘性土的稠度（一）粘性土的稠度狀態（一）粘性土的稠度狀態 稠度：稠度：指粘性土的干濕程度或因含水量變化而表現出的各指粘性土的干濕程度或因含水量變化而表現出的各種不同的物理狀態，是粘性土最主要的物理狀態指標種不同的物理狀態，是粘性土最主要的物理狀態指標. 可塑性：可塑性：土在外力作用下可改變形狀但不顯著改變其體積土在外力作用下可改變形狀但不顯著改變其體積也不開裂，外力卸除后仍能保持已有的形狀也不開裂，外力卸除后仍能保持已有的

43、形狀. 黏性土的物理狀態因其顆粒很細，與水作用很強烈，內部結黏性土的物理狀態因其顆粒很細，與水作用很強烈，內部結構與無黏性土差別很大，工程性質也與無黏性土差別很大。構與無黏性土差別很大，工程性質也與無黏性土差別很大。66（二）界限含水率（二）界限含水率粘性土從一種狀態過渡到另一種狀態，可用某一界限含水率粘性土從一種狀態過渡到另一種狀態，可用某一界限含水率來區分，這種界限含水率稱為來區分，這種界限含水率稱為稠度界限稠度界限.液限液限（WL）從流動狀態轉變為可塑狀態的界限含水率從流動狀態轉變為可塑狀態的界限含水率,也就是可塑狀態的上限含水率；也就是可塑狀態的上限含水率；塑限塑限（Wp）從可塑狀態轉

44、變為半固體狀態的界限含水從可塑狀態轉變為半固體狀態的界限含水率，也就是可塑狀態的下限含水率；率，也就是可塑狀態的下限含水率；縮限縮限（Ws）從半固體狀態轉變為固體狀態的界限含水率從半固體狀態轉變為固體狀態的界限含水率，亦即粘性土隨著含水率的減小而體積開始不變時的含，亦即粘性土隨著含水率的減小而體積開始不變時的含水率水率。672.液、塑限的測定液、塑限的測定 測定液限的方法：錐式液限儀。測定液限的方法：錐式液限儀。76g，30o，10mm. 測定塑限的方法：搓條法。測定塑限的方法：搓條法。3mm，剛好斷裂，剛好斷裂. 測定塑限：錐式液限儀測定塑限：錐式液限儀.76g，30o，2mm.682.液、

45、塑限的測定液、塑限的測定測定塑限的方法：測定塑限的方法：搓條法搓條法和和液、塑限聯合測定法液、塑限聯合測定法。測定液限的方法：測定液限的方法：碟式儀法碟式儀法和和液、塑限聯合測定法液、塑限聯合測定法。25擊合攏長度擊合攏長度13mm時含水率時含水率為液限為液限69（三）塑性指數和液性指數三）塑性指數和液性指數1.塑性指數塑性指數塑性指數塑性指數：液限和塑限之差的百分數值：液限和塑限之差的百分數值(去掉百分號去掉百分號).用用Ip表示，取整數，即：表示，取整數，即： 塑性指數越高，吸著水含量可能高，土的粘粒含塑性指數越高，吸著水含量可能高，土的粘粒含量越高量越高。pLpIww70塑性指數塑性指數

46、Ip土的名稱土的名稱Ip17粘土粘土10Ip17粉質粘土粉質粘土注注:塑性指數由相應于塑性指數由相應于76g圓錐體沉入土樣中深度圓錐體沉入土樣中深度為為10mm時測定的液限計算而得。時測定的液限計算而得。粘性土的分類粘性土的分類建筑地基基礎設計規范建筑地基基礎設計規范GB50007-2002表313712.液性指數液性指數粘性土的狀態可用液性指數來判別。定義為：粘性土的狀態可用液性指數來判別。定義為： （3-31）式中：式中：IL液性指數，以小數表示；液性指數，以小數表示； w土的天然含水率。土的天然含水率。液性指數表征了土的天然含水率與界限含水率之間的相對關液性指數表征了土的天然含水率與界限

47、含水率之間的相對關系，表達了天然土所處的狀態。系，表達了天然土所處的狀態。pppLpLIwwwwwwI液性指數液性指數ILIL00IL0.250.25IL0.750.751.00稠度狀態稠度狀態堅硬堅硬硬塑硬塑可塑可塑軟塑軟塑流塑流塑根據液性指數的大小，劃分粘性土的狀態：根據液性指數的大小，劃分粘性土的狀態：72晚更新世Q3及其以前沉積的土，定為老沉積土，一般呈超固結狀態，具有較高的結構強度。第四紀全新世中近期沉積的土，定為新近沉積土，它可劃分為殘積土、坡積土、沖積土、洪積土、冰積土、風積土等。粒徑大于2mm的顆粒質量超過總質量50%，應定為碎石土。按表310進一步分類：礫砂、粗砂、中砂、細砂

48、、粉砂礫砂、粗砂、中砂、細砂、粉砂規范：粗粒土按顆粒級配進行分類；粘性土按塑性指數分類粒徑大于2mm的顆粒質量不超過總質量50%，粒徑大于0.075mm的顆粒質量超過總質量50%，應定為砂土。按表311進一步分類。73粒徑大于0.075mm的顆粒質量不超過總質量50%，且塑性指數小于或等于10的土，應定名為粉土。其中粒徑小于0.005的顆粒含量超過全重10%，定名為粘質粉土粒徑小于0.005的顆粒含量不超過全重10%，定名為砂質粉土塑性指數大于10的土，應定名為粘性土。按表313進一步分類。進一步地，將再靜水或緩慢的流水環境中沉積，經生物化學形成，其天然含水率大于液限、天然孔隙比大于或等于1.

49、5的粘性土稱為淤泥。天然孔隙比小于1.5，但大于或等于1.0的粘性土稱為淤泥質土。7475【例題例題17】有有A，B，C三種土，它們的粒徑分布曲線三種土，它們的粒徑分布曲線如圖所示如圖所示.已知已知B土的液限為土的液限為38，塑限為，塑限為19，C土的土的液限為液限為47，塑限為，塑限為24。試對這三種土進行分類。試對這三種土進行分類。76【解解】（1）對）對A土進行分類：土進行分類：從圖從圖128曲線曲線A查得粒徑大于查得粒徑大于60mm的巨粒含量為零，而粒徑大于的巨粒含量為零，而粒徑大于0.075mm的粗粒含量為的粗粒含量為98，大于，大于50，所以，所以A土屬于粗粒土；土屬于粗粒土；從圖

50、中查得粒徑大于從圖中查得粒徑大于2mm的礫粒含量為的礫粒含量為63，大于，大于50，所以，所以A土土屬于礫類土；屬于礫類土；細粒含量為細粒含量為2，少于，少于5，該土屬礫；，該土屬礫；從圖中曲線查得從圖中曲線查得d10，d30和和d60分別為分別為0.32mm、1.65mm和和3.55mm，因此，土的不均勻系數因此，土的不均勻系數 Cu= d60/d10=3.55/0.3211.0土的曲率系數土的曲率系數 Cc=(d30)2/d10/d601.652/0.32/3.55=2.40由于由于Cu5, Cc13,所以所以A土屬于級配良好礫。土屬于級配良好礫。77(2) 對對B土進行分類：土進行分類：

51、從圖從圖128的的B曲線中查得大于曲線中查得大于0.075mm的粗粒含量為的粗粒含量為72%，大于，大于50%，所以，所以B土屬于粗粒土；土屬于粗粒土；從圖中查得大于從圖中查得大于2mm的礫粒含量為的礫粒含量為8%，小于，小于50%，所以，所以B土屬于砂類土，但小于土屬于砂類土，但小于0.075mm的細粒含量為的細粒含量為28%，在，在15%50%之間，因而之間，因而B土屬于細粒土質砂；土屬于細粒土質砂；由于由于B土的液限為土的液限為38 %,塑性指數塑性指數Ip38-1919，在，在17mm塑性圖上落在塑性圖上落在CL區區,故故B土最后應定名為粘土質砂。土最后應定名為粘土質砂。78(3) 對

52、對C土進行分類：土進行分類：從圖從圖128的的C曲線中查得大于曲線中查得大于0.075mm的粗粒的粗粒含量為含量為46，介于，介于2550之間，所以之間，所以C土屬土屬于含粗粒的細粒土；從圖中查得大于于含粗粒的細粒土；從圖中查得大于2mm的礫粒的礫粒含量為零，該土屬于含砂細粒土；含量為零，該土屬于含砂細粒土；由于由于C土的液限為土的液限為47，塑性指數，塑性指數Ip=47-2423，在，在17mm塑性圖上落在塑性圖上落在CL區，故區，故C土最后應土最后應定名為含砂低液限粘土（定名為含砂低液限粘土（CLS）。）。79l 強度強度l 變形變形l 穩定穩定80 滑坡 地基強度不足 擋土墻土壓力 81

53、 擋土墻或基坑支護的位移 高 速 公 路路基沉降 地基沉降與不均勻沉降 82 滲流對穩定的影響 流土與管涌 基坑開挖 滲流 83l 特殊土形成的原因q 不同的地質條件、地理環境和氣候條件形成了不同區域的工程性質各異的土質。l 區域性l 特殊性l 為滿足工程要求需進行治理84l軟土l濕陷性黃土l紅粘土l膨脹土l鹽漬土l凍土l人工填土l污染土85l 軟土主要是指淤泥、淤泥質土，是第四紀后期在類似靜水的環境中沉積，并經過生物化學作用而形成的飽和軟粘性土。l 依據：天然孔隙比和有機質含量q淤泥：e=1.5q淤泥質土：1.5e=1.0，它是淤泥與一般粘性土的過渡類型q有機質土：5%10%q泥炭質土：10

54、%60%q泥炭：60%86q 高含水量和高孔隙比q 滲透性差q 壓縮性高q 抗剪強度低q 軟顯著的觸變性和蠕變性87軟土的分布軟土的分布 沿海地區濱海相、瀉湖相、三角洲相；內陸平原或山區沿海地區濱海相、瀉湖相、三角洲相；內陸平原或山區的湖相和沖積洪積沼澤相。的湖相和沖積洪積沼澤相。軟土中工程地質問題的防治軟土中工程地質問題的防治 軟土具有壓縮性高、強度低等特性，因此變形問題軟土具有壓縮性高、強度低等特性，因此變形問題是軟土地基的一個主要問題，表現為建筑物的沉降量大是軟土地基的一個主要問題，表現為建筑物的沉降量大而不均勻、沉降速率大以及沉降穩定歷時較長等特點。而不均勻、沉降速率大以及沉降穩定歷時

55、較長等特點。 在軟土地基上修建建筑物時，一般應做基礎處理或在軟土地基上修建建筑物時，一般應做基礎處理或采用樁基礎，同時考慮上部結構與地基的共同工作，確采用樁基礎，同時考慮上部結構與地基的共同工作，確定應采取的建筑措施、結構措施和基礎處理方法，以減定應采取的建筑措施、結構措施和基礎處理方法，以減少軟土地基上建筑物的不均勻沉降。少軟土地基上建筑物的不均勻沉降。88淤泥土中建筑物不均勻沉降89 振海路西振海路西納淤區納淤區下臥層鋪設土工布鋪設砂墊層插板排水系統底基層預留沉降層超載層90碎石墊層厚500路基交工面(4.5m)攪拌樁1200淤泥底板(-8.0m)攪拌樁91粘性土層填筑面標高(+4.5)4

56、80砂石樁,間距1.2m填土填石清土面標高(+2.0)填石面標高(+3.5)砂石樁92預應力管樁3002000400管樁200093l 素填土l 雜填土：建筑垃圾、粉煤灰(火電廠)、堿渣、生活垃圾。l 吹(沖)填土素填土的工程性質取決于它的密實度和均勻性。素填土的工程性質取決于它的密實度和均勻性。雜填土的工程地質問題雜填土的工程地質問題 a.a.不均勻性不均勻性 b.b.工程性質隨堆填時間而變化工程性質隨堆填時間而變化 c.c.由于雜填土形成時間短，結構松散，干或稍濕的雜填土一般具由于雜填土形成時間短，結構松散，干或稍濕的雜填土一般具有浸水濕陷，這是雜填土地區雨后地基下沉和局部積水引起房屋有浸

57、水濕陷，這是雜填土地區雨后地基下沉和局部積水引起房屋裂縫的主要原因。裂縫的主要原因。 d.d.含腐殖質及水化物問題。含腐殖質及水化物問題。沖填土是指利用專門設備沖填土是指利用專門設備( (常用挖泥船和泥漿泵常用挖泥船和泥漿泵) )將泥砂夾帶大量將泥砂夾帶大量水分，吹送至江河兩岸或海岸邊而形成的一種填土。水分，吹送至江河兩岸或海岸邊而形成的一種填土。 9495序號名稱晾曬天數含水量w(%)備注1原狀堿渣0150.30原始樣膏狀堿渣150.30原樣攪拌后呈膏2原狀堿渣1105.12攪拌后呈干膏膏狀堿渣120.263原狀堿渣268.63不能攪拌成膏狀物膏狀堿渣116.964原狀堿渣355.62膏狀堿

58、渣94.635原狀堿渣438.47膏狀堿渣88.476原狀堿渣737.42膏狀堿渣80.579697沖填土的工程地質問題沖填土的工程地質問題 a.a.沖填土的顆粒組成和分布規律與所沖填泥砂的來源及沖填時的水力條件有沖填土的顆粒組成和分布規律與所沖填泥砂的來源及沖填時的水力條件有著密切的關系。著密切的關系。 b.b.沖填土的含水量大，透水性弱，排水固結差，一般呈軟塑或流塑狀態。沖填土的含水量大，透水性弱，排水固結差，一般呈軟塑或流塑狀態。 c.c.沖填土一般比成分相同的自然沉積飽和土的強度低，壓縮性高。沖填土一般比成分相同的自然沉積飽和土的強度低，壓縮性高。98l 黃土顏色多呈黃色，淡灰黃色或褐

59、黃色，顆粒組成以粉粒為主，約占60%70%，粒度大不較均勻，粘粒含量較少，一般僅占10%20%；l 含水量小，一般為8%20%；l 孔隙比大，一般在1.0左右，肉眼可見；l 具有垂直節理，常呈現直立的天然過坡。l 形成年代為早Q1、中Q2、晚Q3更新世及全新世Q4。黃土黃土99l 天然含水量時強度較高，遇水后強度迅速降低，有的即使在自重作用下也會發生劇烈的沉陷，稱為濕陷性。l 不是所有黃土都具有濕陷性特點，根據天然土樣單位厚度的濕陷量來衡量。l 老黃土強度高、新黃土強度低。100l 用濕陷系數來判定：單位厚度的濕陷量。q s =0.015時，濕陷性黃土。l 濕陷性強弱q s 0.07：強濕陷性

60、l 自重濕陷性：自重作用下發生的。l 非自重濕陷性：在自重和附加應力共同作用下發生的。1011021.自重濕陷性黃土，上覆土層的自重壓力和濕陷起始壓力比較，下列正確的是( )。A、上覆土層的自重壓力大于濕陷起始壓力；B、上覆土層的自重壓力等于濕陷起始壓力；C、上覆土層的自重壓力小于濕陷起始壓力；D、無法判斷，只能通過試驗確定；2.某黃土試樣在室內壓縮試驗時測得在上覆土重及建筑物附加壓力下的下沉量為1.5mm，浸水后，累計下沉量為2.0mm，則該黃土的濕陷系數為( )，屬于( )。A、0.25，濕陷性黃土； B、0.25，非自重濕陷性黃土；C、0.025，濕陷性黃土；D、0.0025，非濕陷性黃